DE3309709A1

DE3309709A1 - Gebilde von einrichtungen fuer akustische wellen

Info

Publication number: DE3309709A1
Application number: DE19833309709
Authority: DE
Inventors: Christopher Seymour Barnes; Paul Anthony Moore; Philip David White
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1982-03-24
Filing date: 1983-03-18
Publication date: 1983-10-06
Also published as: FR2524224B1; CA1194161A; GB2117992A; JPH0496122U; GB2117992B; US4494031A; FR2524224A1; JPS58171120A

Description

PHB 32 βό5 * " ' 12.3.1983

Gebilde von Einrichtungen für akustische Wellen

Die Erfindung betrifft ein Gebilde von Einrichtungen für akustische Wellen, insbesondere, aber nicht ausschliesslich ein Gebilde von Resonatoren für geräuscharme Oszillatoren. Derartige Gebilde von Einrichtungen lassen sich beispielsweise auch in Filtern anwenden, die für den Betrieb bei hohen Energiepegeln ausgelegt sind. Die Einrichtungen können für akustische Volumenwellen oder für akustische Oberflächenwellen (OFW-Einrichtungen) sein.

Die Energieabhängigkeit von Alterung in OFW-Resonatoren wurde in einer Veröffentlichung von W.R.Shreve et al in "I.E.E.E.", 1981, "Ultrasonics Symposium Proceedings" (I.E.E.E.-Veröffentlichung 81 CH 16 89.9), S. 9k ... 99 beschrieben. In der Veröffentlichung sind Alterungsversuche mit Einpol-OFW-Resonatoren und mit Zweipol-OFW-Resonatoren beschrieben. Diese beiden Welleneinrichtungen enthalten ein piezoelektrisches Substrat mit einem Schwingungshohlraum zwischen einigen Wellenreflektoren (die Rillen in der Substratoberfläche oder Metallstreifen auf der Substratoberfläche sein können). Ein Einpolresonator verfügt über einen Wandler im Schwingungshohlraum und über einen Satz von Anschlüssen zum Ein- oder Ausführen von Energie bei der Einrichtung. Der Zweipolresonator verfügt über einen Eingangswandler mit einem Satz von Eingangsanschlüssen und einen Ausgangswandler mit einem Satz von Ausgangsanschlüssen. Jeder Wandler besitzt kammartig ineinandergreifende Elektrodenfinger. In speziellen beschriebenen Zweipolresonatoren ist auch ein geerdeter Metallstab in der Mitte des Hohlraums zwischen den Wandlern vorgesehen.

Diese OFW-AnOrdnungen (Oberflächenwelleneinrichtungen) wiesen eine Alterung mit einer Geschwindigkeit auf, die bei ansteigender Betriebenergie grosser wird. Die Hauptursache der ansteigenden Alterungsgeschwindigkeit ist eine von akustischen Erscheinungen bewirkte Wanderung des Metalls

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der Elektrodenfinger, des möglichen metallenen Zentrierstabs und auch der Reflektoren, wenn sie aus Metall bestehen. Diese Metallwanderung tritt in Bereichen der Einrichtung auf, in denen die mechanische Spannung am grössten ist, und zwar zur Mitte des Hohlraums hin. Die von akustischen Erscheinungen bewirkte Wanderung ist insbesondere gross in OFW-Resona.toren, in denen ein Stehwellenmuster im Hohlraum gebildet ist, aber sie tritt auch in anderen OFW-Einrichtungen auf. Hierdurch wird beim Emtwurf der maximalen mechanischen Spannung eine Grenze gesetzt, welche Spannung die Einrichtung unter Beibehaltung des zuverlässigen Betriebs aushält, wodurch die maximale Energie je wirksame Oberflächeneinheit, die eine bestimmte Einrichtung auf zuverlässige Weise verarbeiten kann, beschränkt wird.

Für eine OFW-Einrichtung aus Quarz mit einer Metallisierung aus reinem Aluminium zeigte es sich, dass die Höchstspannung etwa 6.10 N/m² betrug. Wie in der Veröffentlichung von Shreve et al beschrieben wurde, kann die von akustischen Erscheinungen ausgelöste Wanderung dadurch verringert werden, dass eine geringe Kupfermenge in die Metallisierung aufgenommen wird. Von Anmelderin durchgeführte Versuche zeigen jedoch, dass eine derartige Kupferdotierung der Metallisierung den Gütefaktor einer OFW-Resonatoreinrichtung beeinträchtigen kann und somit nicht immer erwünscht ist.

Die Energieverarbeitungskapazität einer OFW-Einrichtung lässt sich dux-ch Vergrösserung des wirksamen Bereichs der Einrichtung vergrössern, wodurch der relative Energiepegel je Einheit der wirksamen Fläche tatsächlich herabgesetzt und also die mechanische Spannung verringert wird. Die Abmessungen der Einrichtung werden jedoch in Abhängigkeit von den elektrischen Impedanz-, den Bandbreiten- und Dämpfungen eigenschaft ten bestimmt, die für die spezielle Anwendung der Einrichtung gewünscht sind. Bei der Vergrösserung der wirksamen Fläche der Einrichtung-SS sinkt die Impedanz vom gewünschten Wert ab. Die Alterung, die Energieverarbeitungskapazität und die Impedanzwerte von Volumenwelleneinriehtungen werden durch gleichartige Erwägungen beeinflusst.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gebilde von OFV-Einrichtungen zu schaffen, das einen gewünschten elektrischen Impedanzwert und gleichzeitig eine bessere Energieverarbeitungskapazität besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss mit einem Gebilde von ÜFV-Einrichtungen eingangs erwähnter Art dadurch gelöst, dass das Gebilde zumindest ein piezoelektrisches

Substrat mit N OFV-Einrichtungen mit nahezu gleichen elektrischen Impedanz— und Übertragungseigenschaften enthält, wobei N eine ganze Zahl grosser als 1 ist und jede Einrichtung zumindest einen Satz von Anschlüssen zum Zuführen und Ableiten von Energie bei der Einrichtung enthält, wobei die genannten N~ Einrichtungen in einer Parallel/Seriensehaltung elektrisch angeordnet sind, die aus N Gruppen

^ besteht, die je N der erwähnten Einrichtungen enthalten, deren entsprechenden Anschlusspaare elektrisch in Serie geschaltet sind, wobei die entsprechenden Anschlusspaare in jeder Gruppe elektrisch zu den entsprechenden Anschlusspaaren in der (den) anderen Gruppe(n) parallelgeschaltet sind, so dass das Gebilde von Einrichtungen nahezu dieselben Impedanz- und Übertragungseigenschaften wie eine jede der getrennten N*" Einrichtungen besitzt.

Durch die Verwendung einer derartigen Parallel/-

SerienschalLung von N~ Einrichtungen besitzt das so geformte, vollständige Gebilde von OFV-Einrichtungen elektrische Impedanz- und Übertragungseigenschaften, die denen einer jeden der getrennten Einrichtungen nahezu gleich sind, während die wirksame Fläche der Einrichtung um wenigstens

2
den Faktor N vergrössert wird. Diese Vergrösserung der -wirksamen Fläche der Einrichtung hat zur Folge, dass das ganze Gebilde von Einrichtungen eine höhere Energieverarbeitungskapazität besitzt. So können Gebilde erfindungsgemässer Einrichtungen für Filter verwendet werden, die derart ausgelegt sind, dass sie höhere Energiepegel aushalten. Sie sind insbesondere für geräuscharme Oszillatoren und andere Resonatoren wichtig, die feste Impedanzpegel besitzen, jedoch bei möglichst hohen Energiepegeln arbeiten, um das Verhältnis zwischen der Phasengeräuschenergie und

8 I Γ:-· i. W:.':

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der Tragwellenenergie auf ein Mindestmass zu beschränken. Vie weiter unten anhand verschiedener besonderer Ausführungsformen und der beigefügten Zeichnungen näher erläutert wird, können die N Einrichtungen diskrete Einrichtungen sein, oder sie können im verschiedenen Grade zusammen integriert werden, wodurch sie einfachere und äusserst gedrängte Einrichtungsstrukturen auf einem einzigen piezoelektrischen Substrat bilden. Obgleich die wirksame

2 Fläche der Einrichtung um den Faktor N vergrössert ist,

^q kann dadurch die Substratfläche, die für das ganze Gebilde

von N Einrichtungen erforderlich ist, viel kleiner als

das N -Fache der Substratfläche sein, die für eine der

N Einrichtungen erforderlich wäre.

So können beispielsweise folgende Integrationspegel

2 verwendet werden. Zumindest zwei der N Einrichtungen können Wandlerelektrodenfinger enthalten, die sich von einander gegenüberliegenden Seiten eines Elektrodenschienenteils erstrecken, der einen gemeinsamen Anschluss der beiden Einrichtungen bildet und ein Teil einer Serien- oder einer Parallelschaltung ist. Ein Satz zumindest zweier der erwähnten N~ Einrichtungen kann in Parallelschaltung mit Hilfe elektrischer Verbindungen zwischen den Gruppen in Serie geschalteter Einrichtungen angeordnet werden, wobei insbesondere der genannte Satz zumindest zweier Einrichtungen ineinandergeschachtelte' kammartige Wandlerelektrodenfinger enthalten kann, die sich von zwei einander gegenüberliegenden Elektrodenschienenteilen erstrecken, die für die Einrichtungen des Satzes gemeinsam sind, wobei die Elektrodenfinger der einen Einrichtung des Satzes eine longitudinale Verlängerung der Elektrodenfinger einer anderen Einrichtung des Satzes bilden. Au«serdem kann bei OFW-Resonatoren zumindest eine Anzahl der N~ Einrichtungen gemeinsame reflektierende Elemente enthalten, die getrennte Schwingungshohlräunie für die einzelnen Einrichtungen bilden.

Bei sog. "Einpoleinrichtungen" weist jede der X Einrichtungen ein Anschlusspaar auf, das zum Zuführen und Ableiten von Energie bei der Einrichtung dient. Erfindungsgemässe Parallel/Serienschaltungen können jedoch auch zwei

JJ
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oder mehrere Pole enthalten, so dass jede der N Einrichtungen zumindest ein Eingangsanschlusspaar und zumindest ein Ausgangsanschluss paar enthalten kann. Bei diesen Anordnungen mit mehreren Polen können die seriengeschalteten Eingangsanschlusspaare auf gleiche oder auf eine andere Weise als die seriengeschalteten Ausgangsanschlusspaare gruppiert werden; dies ist davon abhängig, zu welcher be-

stimmten Einrichtung der N Einrichtungen diese Anschlusspaare gehören» So können alle Paare zweiter Anschlüsse in jeder Gruppe von N Gruppen zu einer Gruppe von N Einrichtungen gehören, von denen alle Paare erster Anschlüsse zu einei' gemeinsamen Gruppe von N ersten Anschlusspaaren gehören; auch können die Paare zweiter Anschlüsse in jeder Gruppe von N Gruppen zu einer Gruppe von N Einrichtungen

^ gehören, von denen die Paare erster Anschlüsse nicht zu einer geineinsamen N Gruppe gehören.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend beispielsweise anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Draufsicht auf ein erstes Gebilde von Einrichtungen für akustische Oberflächenwellen nach der Erfindung mit einer Parallel/Serienschaltung von vier Einpolresonatoren A, B, S und T,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer derartigen Parallel/Serienschaltung von vier Resonatoren A, B, S und T nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Ersatzschaltbild eines der Resonatoren A, B, S und T nach Fig. 1;

Fig. k ein Ersatzschaltbild der Parallel/Serienschaltung der vier Resonatoren A-, B, S und T nach Fig. 1;

Fig. 5 eine Draufsicht auf ein zweites, gedrängtes Gebilde vonOFW-Einrichtungen nach der Erfindung gleichfalls mit vier Einpolresonatoren A, B, S und T in Parallel/Serienschaltung,

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer anderen Parallel/-Serienschaltung von vier Resonatoren A, B, S und T in einem Gebilde von OFW-Einrichtungen nach der Erfindung, Fig. 7 eine Draufsicht auf ein drittes, noch ge-

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drängteres Gebilde von OFV-Einrichtungen nach der Erfindung mit vier Zweipolresonatoren A, B, S und T,

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein viertes Gebilde von OFV-Einrichtungen nach der Erfindung mit vier Zveipolresonatoren A, B, S und T, deren Eingangs- und Ausgangspole jedoch auf verschiedene Weise gruppiert sind,

Fig. 9 ein Blockschaltbild der Parallel/Serienschaltung nach Fig. 8,

Fig. 10 ein Blockschaltbild einer Parallel/Serienschaltung von neun OFW-Einrichtungen in einem erfindungsgemäsen Gebilde, und

Fig. 11 zum Teil eine Draufsicht und zum Teil ein Blockschaltbild eines weiteren Gebildes von OFV-Einrichtungen nach der Erfindung mit einer Parallel/Serienschaltung von vier Einpolresonatoren, von der zumindest ein Resonator (a) aus seriengeschalteten Teilen aufgebaut ist.

Es sei bemerkt, dass die Zeichnungen schematisch und insbesondere die Draufsichten nach Fig. 1, 3, 7, 8 und Π nicht masstabgereclu sind; mehrere Teile in diesen Gebilden von Einrichtungen sind der Deutlichkeit halber übertrieben gross oder übertrieben klein dargestellt. Aussez^dem sind entsprechende und gleichartige Teile in den verschiedenen Ausführungsformen im allgemeinen mit gleichen Bezugsziffern für eine bessere Verständlichkeit der verschiedenen Ausführungsformen und für eine Vergleichsmöglichkeit bezeichnet. -*" Das Gebilde von OFW-Einrichtungen nach Fig. 1 und

enthält zumindest ein piezoelektrisches Substrat 1, das

2
erfindungsgemäss N OFW-Einrichtungen mit nahezu gleichen

. elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschaften enthält. In dieser besonderen Ausführungsform sind vier solcher-Einrichtungen A, B, S und T vorgesehen, (also X = 2). Das Substrat 1 kann aus jedem bekannten piezoelektrischen Quarzmaterial bestellen, das akustische Wellen fortpflanzen kann. Vorzugsweise sind das Quarzmaterial und die Orien tierung der Hauptfläche des Substrats 1 derart, dass Oberflächenwellen in der oberen Hauptfläche des Substi-ats fortgepflanzt werden können, wobei das Substrat z.B. aus Lithiuinniobat oder Quarz besteht. Das Substratmaterial kann auch

derart gewählt sein, dass statt Oberflächenwellen akustische Volumemvellen parallel zu und nahe bei der Hauptfläche fortgepflanzt werden können. In diesem Fall kann das Substratmaterial beispielsweise nach einem gedrehten Y-Schnitt orientierter Quarz sein, dessen Fortpflanzungsrichtung senkrecht zur X-Achse verläuft. Unter der allgemeinen Bezeichnung "akustusche Wellen" werden in folgender Beschreibung diese überflächenwellen oder akustische Volumenwellen verstanden, in Abhängigkeit davon, welches bekanntes Subs trat materiell benutzt wird.

Eine jede der vier Einrichtungen A, B, S und T ist ein Wellenrasonator und besitzt ein Paar im Abstand voneinander liegender Heflektoren, die je eine Reihe paralleler reflektierender Elemente 2 oder 3 enthalten, die sich auf der oberen Hauptfläche des Substrats 1 befinden. Diese Reihe im Abstand voneinander liegender reflektierender Elemente 2 und 3 (die je durch eine Rille in der Substratoberfläche oder durch eine Schicht elektrisch leitenden Materials ciuf der Substratoberfläche gebildet sein können) sind auf bekannte Weise bemessen und auf der Hauptfläche des Substrats positioniert und orientiert, damit für jeden Resonator A, B, S und T ein getrennter Schwingungshohlraum gebildet wird, der akustische Stehwellenenergie im Substrat 1 bei Resonanzfrequenzen aufrechterhalten kann.

Eine jede der vier Einrichtungen A, B, S und T ist ein Einpolresonator und enthält also in ihrem Schwingungshohlraum einen elektroakustischen Wandler mit einem Anschluüspaar 4, 5 und einer interdigitalen Reihe von Elektroden b, 7. Jedes Anschlusspaar k und 5 wird durch zwei einander gegenüberliegende Schienenabschnitte der Wandlerelektroden in Fig. 1 gebildet und dient zum Einführen bzw. Ableiten von Energie bei den getrennten Resonatoren A, B, S oder T. Wie in Fig. 1 dargestellt, erstreckt sich von jedem der einander gegenüberliegenden Schienenabschnitte h und 5 ein Pacir Elektrodenfinger b, 7 aus, wobei die Finger υ kamrnartig in die Finger 7 greifen. Diese Wandlerelektroden sind auf bekannte Weise bernessen und auf der oberen Hauptfläche zum Herstellen einer Verbindung mit der akustischen

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Stehwellenenergie des Schwingungshohlraums positioniert und orientiert. Die ineinandergeschachtelten kammartigen Teile der Finger 6 und 7 bestimmen die Breite der wirksamen Fläche der Einrichtung, über die akustische Stehwellen im Schwingungshohlraum erzeugt werden. Die Wandlerelektroden k, 6 und 5» 7 sowie die reflektierenden Elemente 2 und 3 können aus dem gleichen Leitstoff, z. B. Aluminium, bestellen.

Zum Erhalten eines kompakten Gebildes mit auf zuverlässige Veise untereinander gleichen Eigenschaften für die Einrichtungen A, B, S und T, empfiehlt es sich, alle vier Resonatoren A, B, S und T zusammen in gemeinsamen Bearbeitungsschritten auf einem gemeinsamen Substrat. 1 herzustellen. Es sei jedoch bemerkt, dass die Anordnung der ineinandergeschachtelten kammartigen Finger O und 7 und der reflektierenden Elemente 2 und 3 auf einem gemeinsamen Substrat 1 derart ist, dass die Resonatoren A, B, S und T keine grosse akustische Wechselwirkung aufweisen, sondern nur elektrisch miteinander verbunden sind, wie nachstehend näher beschrieben wird. Nichtsdestoweniger sind die entsprechenden, Spannungen führenden Elektrodenfinger alle vier getrennter Resonatoren A, B, S und T auf dem gemeinsamen Substrat gegeneinander nahezu ausgerichtet, so dass sie ein nahezu ausgerichtetes Stehwellenmuster im gemeinsamen Substrat 1 erzeugen. Wie in Fig. 1 mit 8 bezeichnet, können nach Bedarf die Resonatorpaare A, B und S, T auf getrennten Substraten angebracht und kann ein jeder der Resonatoren A, B, S und T sogar auf seinem eigenen getrennten Substrat angeordnet werden.

Erfindungsgemäss sind die vier akustisch nahezu unabhängigen Resonatoren A, B, S und T in einer Parallel/-Serienschaltung elektrisch kombiniert, die aus zwei Gruppen besteht, die je zwei Resonatoren A, B oder S, T enthalten, deren Anschlusspaare 4, 5 elektrisch in Serie geschaltet sind, während die Anschlusspaare 4, 5 einer jeden Gruppe A, B oder S, T elektrisch mit den Anschlusspaaren -+, 5 der anderen Gruppe S, T oder A, B parallelgeschaltet sind. Auf diese Weise ist das gcinze Gebilde von Einrichtungen

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nach Fig. 1 und 2, das mittels dieser Verbindungen erhalten worden ist, ein Einpolresonator mit einem Anschlusspaar I, II, zwischen denen das Eingangssignal zugeführt und gleichfalls das Ausgangssignal abgeleitet wird.

Der Anschluss I ist beispielsweise über Drähte 10 und 11 mit den Elektrodenschienenabschnitten k der Resonatoren A und S verbunden. Der gegenüberliegende Elektrodenschienenabschnitt 5 des Resonators A ist beispielsweise über einen Draht 12 mit dem Schienenabschnitt k des Resonators B verbunden, wodurch eine Serienschaltung von Resonatoren A und B gebildet wird. Auf gleichartige Weise ist der Resonator S mit dem Resonator T in Serie geschaltet, beispielsweise über einen Draht 13. Der andere Anschluss 2 ist z.B. über Drall te Ik und' 15 mit den Elektrodenschienen der Resonatoren B und T verbunden.

Alle Resonatoren A, B, S und T nach Fig. 1 sind einander nahezu gleich. Die Geometrie und der Aufbau der Elemente 2, 3, k, b und 7 der Resonatoren A, B, S und T sind nahezu gleich und die elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschaften eines jeden dieser Resonatoren A, B, S und T sind datier auch nahezu gleich. Bekanntlich werden die elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschaften eines derartigen Oberfläclienwellenresonators A, B, S oder T vom elektrischen Schal Lp lan nach Fig. '} dargestellt.

Der Ersatzplan nach Fig. 3 gilt für Frequenzen in der Reflektionsbandbreite der Reflektoren 2 und 3. In Fig. 3 wird der Schwingungshohlraum des Resonators A, B, S oder T durch eine Serienresonanzersatzschaltung einer Selbstinduktivität L(1), eines Kondensators C(i) und eines Widerstands R(1) wiedergegeben. Der eigentliche elektroakustische Wandler, der sich im Schwingungshohlraum befindet, wird von einem Kondensator C(o) dargestellt, der über einen getrennten Transformator mit der Serienresonanzschal lung L(1), C(i), R(1) verbunden ist. Der Ersatzplan der Parallel/Serienschaltung nach Fig. 1 ist in Fig. k dargestellt. Eine Analyse des Schill tungsne tzes nach Fig. '(· zeigt, dass dies auf eine Serienresonanzschaltung L(1), C(i), R(l) verringerbar ist, die über einen Transformator mit

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einem Eingangs/Ausgangskondensator C(o) verbunden ist, wobei der Transformator und C(o), L(1), C(i) und R(1) gleiche Werte wie für einen einzelnen Resonator A, B, S oder T besitzen. So ist der Sclialtplan nach Fig. 3 gleichfalls der Schaltplan des ganzen Gebildes von Einrichtungen nach Fig.1, 2 und k, wobei dieses ganze Gebilde von Einrichtungen nahezu gleiche elektrische Impedanz an seinen Anschlüssen I, XI und gleiche Übertragungseigenschaften zwischen seinen Anschlüssen I, II wie ein jeder der einzelnen Resonatoren A, B, S oder T an und zwischen seinen Elektrodenschienen 4 und 5 aufweist.

Ein grosser Vorteil der Parallel/Serienschaltung nach Fig. 1, 2 und 4 ist jedoch, dass (während gleiche Impedanz- und Ubertragungseigenschaften eingehalten werden) die wirksame Fläche der Einrichtung jetzt im Vergleich zu der eines einzelnen Resonators A, B, S oder T vervierfacht ist. Wenn das ganze Gebilde von Einrichtungen derart betrieben wird, dass die einzelnen Resonatoren A, B, S und T fast ihre jeweilige maximale Energieverarbeitungskapazität in bezug auf die höchst zulässige Belastung für von akustischen Erscheinungen bewirkte Wanderung der Metallisierung in ihren jeweiligen wirksamen Bereichen erreicht haben, kann auf diese Weise die Gesamtenergie, die die ganze Parallel/Serienschaltung dieser Einrichtungen A, B, S.und T verarbeitet, etwa das vierfache sein. Auf diese Weise kann das Gefüge von Oberflächenwellenresonatoren nach Fig. 1 wie ein Frequenzsteuerelement zur Bildung einer stabilen Signalquelle in einem geräuscharmen Oszillator verwendet werden. Es ist erforderlich, einen derartigen Oszillator derart

3Q zu betreiben, dass der Energiepegel im Oberflächenwellenresonator zum Beschränken des Verhältnisses zwischen Phasengeräuschenergie und Trägerwellenenergie auf ein Mindestmass maximal ist.

Viele Abwandlungen sind im Rahmen der Erfindung möglich, insbesondere hinsichtlich der- Anzahl einzelne!' Einrichtungen, der Geometrie und der Integration der Einrichtungen, der Eigenschaften und der Verwendungsmöglichkeiten der Einrichtungen. In Fig. 3 sind'mehrere Abwand-

yj \J {J \J I \J

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n in der Geometrie der Einrichtungen dargestellt. Zunächst besitzen die vier Resonatoren A, B, S und T gemeinsame reflektierende Elemente 2 und 3» die die Schwingungshohlräume definieren. Diese gemeinsamen reflektierenden Elemente 2 und 3 sind an einander gegenüberliegenden Seiten eines Bereichs angeordnet, in dem sich alle getrennten Resonatoren A, B, S und T befinden. Obgleich die einzelnen Resonatoren A, B, S und T alle reflektierenden Elemente und 3 gemeinsam haben, sind sie immer noch akustisch nahezu unabhängig durch, die Trennung zwischen ihren jeweiligen wirksamen Flächen, wie sie vom überlappenden Teil der ineinandergeschachtelten kamiiiartigen Finger 6 und 7 bestimmt sind, NacIi Bedarf können nur einige der Resonatoren A, B, S und T gemeinsame reflektierende Elemente 2 und 3 besitzen; so

^ könin-n ά.Ii. die Einrichtungen A und B einen Satz gemeinsamer Elemente 2 und 3 besitzen, während die Einrichtungen S und T einen anderen Satz gemeinsamer Elemente 2 und 3 aufweisen können.

Eine zweite, in Fig. 5 dargestellte Abwandlung besteht darin, dass statt Drahtverbindungen 12 und 13 die Serienverbindungen zwischen den zwei Resonatoren A und B und zwischen den zwei Resonatoren S und T von gemeinsamen Elektrodenschienenabschnitten 5^· gebildet werden, wobei sich die Elektrodenfinger 6 und 7 von den einander gegenüberliegenderi Seiten dieser Abschnitte erstx^ecken. Diese gemeinsamen Schienenabschnitte 5^ zwischen den beiden Resonatoren befinden sich in den parallelen Abzweigungen der Parallel/Serienschaltung und bilden einen gemeinsamen Anschluss der' beiden Resonatoren A und B bzw. S und T.

Da die Anzahl der Elektrodenfinger, die in Gebilden erfindungsgemässer Einrichtungen verwendet wird, auf bekannte Weise variierbar ist, um vorteilhafte Eigenschaften zu erhalten, zeigt Fig. 5 ausserdem die Resonatoren A, B, S und T mit mehr ineinandergeschachtelten kammartigen Elektrodenfingern als in der Aus führung s form nach Fig. 1.

Eine dritte Abwandlung in Fig. 5 besteht darin, dass stat L einer Drahtverbindung 15 für die Parallelschaltung der Kejsona toi'eri B und T diese beiden Resonatoren

B und T c LiHMi gemeinsamen El ok t ruduiisrhi tiiiormlisclm L 1.1. 3 3 aufweisen, wobei die Elektroderifinger 7 dieser Resonatoren sich von einander gegenüberliegenden Seiten dieses Abschnitts erstrecken. Dieser Schienenabschnitt 55 bildet einen gemeinsamen Anschluss der Resonatoren B und T und die entsprechenden, Spannungen führenden Elektrodenfinger aller Resonatoren liegen wieder nahezu in der gegenseitigen Verlängerung auf dem Substrat 1. Diese zweiten und dritten Abweindlungen, bei denen gemeinsame Schienen j'-y und 55 verwendet werden, ergeben eine viel gedrängtere Struktur als . die nach Fig. 1, obgleich der gleiche überlappende Teil der ineinandergeschachtelten, kainmartigen Finger 6 und 7 wie im Gebilde der Einrichtungen nach Fig. 1 eingehalten

wird.
In Fig. 6 ist eine weitere Abwandlung dargestellt, bei der eine elektrische Verbindung 50 zwischen den parallelen Gruppen A, B und S, T an entsprechenden, nahezu die gleiche Spannung führenden Punkten zwischen den Einrichtungen A und B in der einen Gruppe und den Einrichtungen S und T in der anderen Gruppe vorhanden ist. Diese Verbindung 50 kann beispielsweise ein Draht sein, der zwischen den beiden Schienenabschnitten 5^ nach Fig. 5 angeschlossen ist. Wie nachstehend anhand der Fig. 7 beschrieben wird, kann eine derartige Verbindung 50 jedoch auch auf sehr gedrängte Weise mit Hilfe eines gemeinsamen Schienenabschnitts zwischen den zusammengefügten Wandlern A, S und B, T hergestellt werden. Die Verbindung 50 ist also einer Serienverbindung zwischen einem Satz paralleler Einrichtungen A, S und einem Satz paralleler Einrichtungen B und T gleichwertig. Ein Vorteil der Anordnung einer derartigen Verbindung 50 zwischen entsprechenden Punkten in den parallelen Gruppen A, B und S, T besteht darin, dass dadurch der Ausgleich möglicher geringer Schwankungen in den elektrischen Eigenschaften der einzelnen Einrichtungen A, B, S und T erleichtert wird. Obgleich im allgemeinen die elektrisehen Impedanz- und Übertragungseigensclu\ften aller Einrichtungen A, B, S und T nicht immer genau gleich sein werden, sind sie zumindest dermassen gleich, dass jede der Einrichtungen

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A, B, S und T der Spezifikationstoleranz für die Netto-Eigenschaften des ganzen Gebildes parallel/seriengeschalteter Einrichtungen A, B, S, T, wie angegeben Tür ihre bestimmte Verwendung, entspricht.

Xn Fig. 7 ist die Verwendung der Erfindung bei einem Zheipolresonator mit zusammengefügten Wandlern A, S und B, T dargestellt. Da das ganze Gebilde von Einrichtungen nach Fig. 7 ein Zweipolresonator ist, weist er jetzt ein Paar Ausgangsanschlüsse III, IV auf, die von dem Eingangsanschlusspaar I, II getrennt sind. Ein jeder der einzelnen Resonatoren A, B, S und T verfügt über einen Eingangswandler, der in einer Parallel/Serienschaltung zwischen dem Eingangsanschlusspaar I, II angeordnet ist, und über einen Ausgaiiiisvandler, der in einer Parallel/Serienschaltung zwischen dem Ausgangsanschlusspaar III, IV angeordnet ist. Die Anzahl der Finger und die Geometrie der Eingangs— und Ausgangswamiler können verschieden sein, obgleich in Fig. ein Beispiel dargestellt ist, in dem der Ausgangswandler gleich dem Eingangswandler ist. Der Ausgangswandler liegt im Abstand vom Eingangswandler, der für alle Resonatoren A, B, S und T der gleiche ist.

Im Gebilde nach Fig. 7 sind die Wandler der Resonatoren A und S zu einem Satz in Parallelschaltung durch die elektrischen Verbindungen zusammengefügt, die zwischen diesen Einrichtungen durch die zwei einander gegenüberliegenden, gemeinsamen Schienenabschnitte h und 50 für den Eingangswandler und k', 50' für den Ausgangswandler gebildet sind. Die ineinandergeschachtelten kammartigen Wandlerelektrodenfinger 6 und 7 der Eingangswandler der beiden Resonatoren A und S erstrecken sich von diesen gemeinsamen Schienenabschnitten k und 50, wobei die Finger des Resonators S eine longitudinale Verlängerung der Finger 6 des Resonators A bilden, während die Finger 7 des Resonators A eine longitudinale Verlängerung der Finger 7 des Resonators S bilden. Die Länge des überlappenden Teils zwischen den El cktrodenf ingern 0 und 7 in der inc¹ i.minderycbchachtulLeii, kammartigen Struktur ist nun das zweifache der Länge der nicht-zusammengefügten, getrennten Wandler.

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Die Schienenabschnitte 4 und 50 bilden ein gemeinsames Anschlusspaar der Eingangswandler der Resonatoren A und S. Die Ausgangswandler dieser Zweipolresonatoren A und S sind auf gleichartige Weise zusammengefügt und enthalten ein gemeinsames Anschlusspaar k¹ und 50' und longitudinal verlängerte Finger 6' und 7¹· Auf gleichartige Veise sind die Resonatoren B und T zu einem Satz mit Hilfe ihrer gemeinsamen Schienenabschnitte (50 und 5 für den Eingangswandler und 50' und 5¹ für den Ausgangswandler) in Parallelschaltung zusammengefügt. Der Schienenabschnitt 50 (oder 50') bildet gleichfalls eine Serienverbindung zwischen dem Satz paralleler Einrichtungen A, S und dem Satz paralleler Einrichtungen B, T. Abweichend von den Ausführungsformen nach Fig. 1 und 5 ist der Resonator A im Gebilde nach Fig. 7

'5 nicht mehr vom Resonator S akustisch isoliert und ist der Resonator B nicht mehr vom Resonator T akustisch isoliert. Die entsprechenden, Spannungen führenden Elektrodenfinger aller Resonatoren A, B, S und T liegen jedoch wieder nahezu in der gegenseitigen Verlängerung auf dem Substrat 1, λν*ο-durch ein nahezu ausgerichtetes Stehwellenmuster erzeugt wird.

In der Ausführungsform nach Fig. 7 sind die seriengeschalteten Eingangsanschlusspaare h, 50 und 50, 5 der getrennten Zweipolresonatoren A, B, S und T auf gleiche Weise wie die entsprechenden seriengeschalteten Ausgangsanschlusspaare k¹, 50' und 50', 5^f gruppiert. Die Ausgangsanschlusspaare derartiger Mehrpolresonatoren können jedoch auch auf andere Weise als die Eingangsanschlusspaare gruppiert sein. Diese verschiedene Weise der Gruppierung kann eintreten, wenn die Ausgangswandler eine andere Geometrie als die Eingangswandler besitzen, sie kann auch verwendet werden, wenn die Geometrie der Eingangs- und Ausgangswandler gleich ist: Ein Beispiel davon ist in Fig. 8 dargestellt.

In Fig. 8 ist ein Gebilde von Zweipolresonatoren dargestellt, wobei die Eingangs- und Ausgangswandler der einzelnen Zweipolresonatoren A, B, S und T den einfachen Wandlern der Einpolresonatoren A, B, S und T nach Fig. 1

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gleich sind. Die Eingangswandler in Fig. 8 sind auf gleiche Weise wie die einfachen Wandler nach Fig. 1 geschaltet. Auf diese Weise sind die Eingangsanschlusspaare 4, 5 der Resonatoren A und B in einer Gruppe in Serie geschaltet, während die Eingangsanschlusspaare -'4, 5 der Resonatoren S und T in einer anderen Gruppe in Serie geschaltet sind, wobei diese beiden Gruppen über die Eingangsanschlüsse 1,11 des ganzen Gebildes von Einrichtungen parallelgeschaltet sind. Die Ausgangsanschlusspaare k', 5¹ dieser Resonatoren sind jedoch auf andere Weise gruppiert. Die Ausgangsanschlusspaare 4 ' , 5' der Resonatoren A und T sind in einer Gi-uppe in Serie geschaltet, während die Ausgangsanschlusspaare 4 ' , 5' der Resonatoren B und S in einer anderen Gruppe in Serie geschaltet sind, wobei diese beiden Gruppen über die Ausgangsanschlüsse III-IV parallelgeschaltet sind. So gehören die Ausgangsanschlusspaare 4¹, 5¹ i-π jeder der beiden Gruppen zu einer Gruppe von Einrichtungen A, T oder B, S, deren Eingangsanschlusspaare nicht zu einer gemeinsamen Gruppe von Eingangsanschlüssen 4, 5 gehören. Fig. 9 zeigt ein Blockschaltbild eines Gebildes von Zweipolresonatoren, das diese verschiedenen Parallel/Serienschaltungen für die Eingangs- und Ausgangsanschlusspaare besitzt.

In Fig. 10 ist ein Beispiel eines Gebildes erfindungsgemässer Oberflächenwelleneinrichtungen mit mehr als vier Einrichtungen in einer Parallel/Serienschaltung dargestellt. Im Beispiel nach Fig. 10 beträgt die Anzahl der Einrichtungen mit nahezu gleichen elektrischen Impedanz- und Übertragungseigenschaften neun (also N = 3)· Diese neun Einrichtungen sind in drei Gruppen in seriengeschalteter

Einrichtungen A, B, C, und S, T, U und W, X, Y in Parallelschaltung geordnet. Die Verbindungen 50 können die Einrichtungen A, S, W zu einem parallelen Satz und die Einrichtungen B, T, X zu einem anderen parallelen Satz kombinieren. Derartige Verbindungen 50 können auch zwischen den Einrichtungen B, T, X und den Einrichtungen C, U, Y vorhanden sein oder sie können zwischen zwei beliebigen der drei parallelen Gruppen oder sogar in Fig. 10 ganz und gar fehlen.

Xn 1''Iy. 11 ist eine andere Abwandlung dargestellt, wobei zumindest eine der Einrichtungen (A) eine Anzahl von Elementen enthält, die zur Bildung der genannten einen Einrichtung (a) mit den erforderlichen elektrischen Impedanz- und Übertragungseigenschaften elektrisch kombiniert sind. Auf diese Weise wird die wirksame Fläche der Einrichtung weiter vergrössert, wodurch die Energieverarbeitungskapazität der vollständigen Parallel/Serienschaltung von Einrichtungen A, B, S und T weiter gesteigert wird. Im Beispiel nach Fig. 11 besitzt die Einrichtung A nahezu die gleiche Struktur wie die in Serie geschalteten, zusammengefügten parallelen Wandler A, S bzw. B₁ T nach Fig. 7. Als Beispiel im Gebilde nach Fig. 11 ist die Gruppe von Einrichtungen S, T auf einem='anderen Substrat angeordnet

^ als die Gruppe von Einrichtungen A, B. Nur wenn alle N"~ Einrichtungen nahezu gleiche elektrische Impedanz- und

übertragungseigenschaften besitzen, brauchen die X~ Einrichtungen nicht die gleiche Geometrie oder Struktur der Wandler aufzuweisen.

Die Erfindung ist auch bei Zweipolresonatoren verwendbar, bei denen ein geerdeter Metallstab oder eine sog. Mehrstreifenverbindungseinrichtung in der Mitte des Schwingungshohlraums zwischen den Eingangs- und Ausgangs-

wandler der N Resonatoren angeordnet ist. In diesem Fall kann die erfindungsgemäss erhaltene gröspere wirksame Fläche zum Herabsetzen der von akustischen Erscheinungen ausgelösten Wanderung des Metalls eines derartigen Zentrierstabs oder einer derartigen Mehrstreifenverbindungseinrichtung wichtig sein.

Insbesondere bei Volumenwellenresonatoren kann der Schwingungshohlraum von einigen einfachen tiefen Rillen in der Substratoberfläche oder sogar durch die seitwärtsen Enden des Substrats definiert werden.

Obgleich die Gebilde von Einrichtungen nach Fig. 1,

^ 51 7> 8 und 11 Resonatoren mit Schwingungshohlräurnen sind, die von Reflektoren definiert sind, können erfindungsgemässe Parallel/Serienschaltungen auch bei Oberflächenwelleneinrichtungen verwendet werden, die keine Reflektoren

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enthalten. Derartige Einrichtungen können beispielsweise OFV-Laui'zeitleitungen oder Transversalfilter sein. So kann die vorliegende Erfindung beim Aufbau von OFV-Transversalfilter verwendet werden, die hohe Energiepegel aushalten müssen.

Die Vergrösserung der wirksamen Fläche der Einrichtung durch.eine erfindungsgemässe Parallel/Serienr schaltung kann statt der Dotierung einer Metallisierung aus Aluminium mit Kupfer zur Verringerung der von akusti-

^ sehen Erscheinungen ausgelösten Wanderung von Aluminium von den Vaiicllereiektrodenfingern und von anderen verletzlichen Teilen der Oberflächenwelleneinrichtungen verwendet werden. Eine kupferdotierte Aluminiummetallisierung kann jedoch auch in einer Parallel/Serienschaltung erfindungs-

¹^ gemä.sser Einrichtungen zum Unterdrücken der Wanderung von Aluminium bei noch höheren Energiepegeln verwendet werden. Abhängig von der Verwendung der Einrichtung ist eine derartige Kupferdotierung in einem Gebilde erfindungsgemässer Einrichtungen jedoch nicht immer erwünscht, weil sich

dadurch der Gütefaktor· verringern kann.

Leerseite

Claims

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Patentansprüche

Gebilde von Oberflächenwelleneinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebilde zumindest ein piezo-

elektrisches Substrat (i) mit N Oberflächenwelleneinrichtungen (A, B, S, Τ) mit nahezu gleichen elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschaften enthält, wobei N eine ganze Zahl grosser als 1 ist und jede Einrichtung zumindest ein Anschlusspaar k, 5 zum Zuführen und Ableiten von Energie bei der Einrichtung enthält, wobei die genannten X~ Einrichtungen elektrisch in einer Parallel/Serienschaltung angeordnet sind, die aus N Gruppen besteht, die je aus N der genannten Einrichtungen bestehen, deren entsprechende Anschlusspaare elektrisch in Serie geschaltet sind, wobei die entsprechenden Anschlusspaare in jeder Gruppe elektrisch mit den entsprechenden Anschlusspaaren in der (den) anderen Gruppe(n) parallelgeschaltet sind, so dass das Gebilde von Einrichtungen nahezu die gleichen elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschaften wie eine jede der getrennten

N Einrichtungen besitzt.

2. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest zwei der N Einrichtungen (A, B; T, s) Wandez-elektrodenfinger (6) enthalten, die sich von einander gegenüberliegenden Seiten eines Elektrodenschienenabschnitts (5'0 erstrecken, der einen gemeinsamen Anschluss der beiden Einrichtungen und eine elektrisehe Verbindung zwischen den beiden Einrichtungen bildet.

3. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Elektrodenschienenabschnitt (5'0 sich zwischen zwei Einrichtungen (A, B) in einer der Gruppen befindet und die zwei Einrichtungen an der Stelle des gemeinsamen Anschlusses in Serie schaltet. •4. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenschienenabschnitt {55) sich an der Stelle einer Verbindung zwischen zwei Gruppen

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befindet und ein Teil einer Parallelschaltung der zwei Einrichtungen (B, T) an der Stelle des gemeinsamen Anschlusses ist.

5. Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine elektrische Verbindung (5^) zwischen zumindest zwei Gruppen an entsprechenden, nahezu die gleiche Spannung führenden Punkten in diesen Gruppen vorgesehen ist,

6. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 5» dadurch Ό gekennzeichnet, dass ein Satz zumindest zweier der N Einrichtungen (Α, S) in einer Parallelschaltung mit Hilfe der elektrischen Verbindungen zwischen den Gruppen zusammengefügt ist, welcher Satz von Einrichtungen ineinandergeschachtelte kammartige Wandler-Elektrodenfinger (o, 7)

^ enthält, die sich von zwei einander gegenüberliegenden Elektrodenschienenabschnitten (4, 5^) erstrecken, die gemeinsame Anschlüsse der Einrichtungen des Satzes bilden, wobei die Elektrodenfinger einer Einrichtung des Satzes eine longitudinale Verlängerung der Elektrodenfinger einer

^iU anderen Einrichtung des Satzes bilden.

Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren

der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

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jede N~ Einrichtung zumindest erste und zweite Anschluss-

') paare aufweist, wobei die ersten Anschlüsse der N~ Einrichtungen in N Gruppen angeordnet sind, die je N in Serie geschaltete Anschlusspaare enthalten, dass die zweiten Anschlüsse in N Gruppen angeordnet sind, die je N in Serie geschaltete Anschlusspaare enthalten, und dass alle Paare zweiter Anschlüsse in einer jeden der N Gruppen zu einer Gruppe von N Einrichtungen gehören, von denen alle Paare erster Anschlüsse gleichfalls zu einer gemeinsamen N Gruppe der ersten Anschlüsse gehören.

8. Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass jede N Einrichtung zumindest erste und zweite Anschlusspaare besitzt, dass die ersten Anschlüsse der N*~ Einrichtungen in N Gruppen angeordnet sind, die je N in Serie geschaltete Anschlusspatire enthalten, dass die zweiten Anschlüsse in

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N Gruppen angeordnet sind, die je N in Serie geschaltete Anschlusspaare enthalten und dass die Paare zweiter Anschlüsse in einer jeden der N Gruppen zu einer Gruppe von N Einrichtungen gehören, deren Paare erster Anschlüsse nicht zu einer gemeinsamen N Gruppe erster Anschlüsse gehören.

9. Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine der N~ Einrichtungen Elemente einer Oberflächenwelleneinrichtung enthält, die elektrisch zu der einen Einrichtung mit den erforderlichen elektrischen Impedanz- und Ubertragungseigenschai¹ ten, jedoch mit einer vergrösserten wirksamen Fläche, kombiniert sind.

10. Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der vorangellenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die N~ Einrichtungen Oberflächenwellenresonatoren sind, die je? einen Schwingungshohlraum besitzen, der auf dem Substrat definiert ist.

11. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungshohlraum von einem Paar im Abstand voneinander liegender Reflektorreihen definiert ist, die je Reflektorelemente enthalten., die sich auf einer Hauptflache des Substrats befinden.

12. Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anzahl der x~ Einrichtungen gemeinsame reflektierende Elemente enthalten, die die Schwingungshohlräume definieren, dass die gemeinsamen Reflektorelemente nahe bei einander gegenüberliegenden Seiten eines Bereichs der Hauptfläche des Substrats angeordnet sind und dass alle Einrichtungen der

³^ Anzahl Wandlerelektroden besitzen, die sich im genannten Bereich befinden.

13· Gebilde von Einrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass alle N Einrichtungen gemeinsame reflektierende Elemente auf einer Hauptfläche eines ge-

meiiisamen Substrats besitzen.

1'+. Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche,. dadurch gekennzeichnet, dass die N~ Einrichtungen Einrichtungen für akustische Ober-

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flächenwellen sind.

15· Gebilde von Einrichtungen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 131 dadurch gekennzeichnet, dass die N~ Einrichtungen Einrichtungen für akustische Volumenwellen sind.